基于GaN工艺的HEMT晶体管电荷模型建立及萃取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于GaN工艺的HEMT晶体管电荷模型建立及萃取方法，包括：基于外部输入的栅极电压、漏极电势和源极电势，获得栅极沟道电压；基于栅极电荷密度、栅极根数、栅极长度和单根栅极的宽度，获得栅极电荷；基于漏极电势和源极电势，获得漏源电势差；基于所述栅极沟道电压、栅极电荷和漏源电势差，建立用于表征晶体管器件开启后电荷值与漏源电压相关性的电荷模型；对所述电荷模型的电荷值进行微分，建立用于表征栅源电容、栅源电压和漏源电压相关性的电容模型。本发明专利技术支持基于GaN工艺的HEMT晶体管的电荷/电容描述，特别是沟道开启后栅源电容、栅源电压和漏源电压的关系描述，模型准确性高。模型准确性高。模型准确性高。

【技术实现步骤摘要】
基于GaN工艺的HEMT晶体管电荷模型建立及萃取方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种基于GaN工艺的HEMT晶体管电荷模型建立及萃取方法。

技术介绍

[0002]在GaN HEMT MMIC设计中，准确的GaN HEMT器件模型是保证实际流片的芯片特性达到设计指标的重要保障。因此基于GaN HEMT工艺的晶体管器件模型需要能够表征出真实器件的直流特性和交流特性。所以在模型中除了需要引入寄生的电阻电容效应之外，还需要包括电流模型和电荷模型，如图1所示为等效电路图。
[0003]目前，紧凑型模型联盟(CMC)推出的用于氮化镓器件的先进SPICE模型(ASM)，能够应用在非线性电荷的描述上，但ASM模型仅适用于在单个漏极电压上的使用，具体模型为：该ASM模型的仿真结果如图2所示，图2中，横坐标表示栅源电压，带圆圈的曲线为实测的栅源电容，不带圆圈的曲线为ASM模型的仿真栅源电容，多条曲线表示在不同漏源电压下实测的栅源电容或仿真栅源电容。从图可以看出，ASM模型中栅源电容随着漏源电压增大的相关性和实际器件存在较大的差异。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于GaN工艺的HEMT晶体管电荷模型建立及萃取方法，所建立的晶体管电荷/电容模型能够支持基于GaN工艺的HEMT晶体管的电荷/电容描述，特别是沟道开启后栅源电容、栅源电压和漏源电压的关系描述，模型准确性得到了有效提高。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：r/>[0006]一方面，一种基于GaN工艺的HEMT晶体管电荷模型建立方法，包括：
[0007]基于外部输入的栅极电压、漏极电势和源极电势，获得栅极沟道电压；
[0008]基于栅极电荷密度、栅极根数、栅极长度和单根栅极的宽度，获得栅极电荷；
[0009]基于漏极电势和源极电势，获得漏源电势差；
[0010]基于所述栅极沟道电压、栅极电荷和漏源电势差，建立用于表征晶体管器件开启后电荷值与漏源电压相关性的电荷模型；
[0011]对所述电荷模型的电荷值进行微分，建立用于表征栅源电容、栅源电压和漏源电压相关性的电容模型。
[0012]优选的，基于外部输入的栅极电压、漏极电势和源极电势，获得栅极沟道电压，具体如下：
[0013][0014]其中，V
gm
表示栅极沟道电压；V
g0
表示外部输入的栅极电压；psid表示漏极电势；
psis表示源极电势。
[0015]优选的，基于栅极电荷密度、栅极根数、栅极长度和单根栅极的宽度，获得栅极电荷，具体如下：
[0016]C
gq
＝Cg
×
w
g
×
nf
×
l
g
[0017]其中，C
gq
表示栅极电荷；Cg表示栅极电荷密度；w
g
表示单根栅极的宽度；nf表示栅极根数；l
g
表示栅极长度。
[0018]优选的，基于漏极电势和源极电势，获得漏源电势差，具体如下：
[0019]psids＝psid
‑
psis
[0020]其中，psids表示漏源电势差；psid表示漏极电势；psis表示源极电势。
[0021]优选的，基于所述栅极沟道电压、栅极电荷和漏源电势差，获得用于表征晶体管器件开启后电荷值与漏源电压相关性的电荷模型，具体如下：
[0022][0023]其中，Q
g
表示电荷模型的电荷值；C
gp
表示栅极电荷；V
gm
表示栅极沟道电压；psids表示漏源电势差；V
tv
表示阈值电压；tanh表示双曲正切函数；λ
A
表示第一电荷系数；λ
B
表示第二电荷系数；V
k
表示膝点漏源电压；ln表示对数函数。
[0024]另一方面，一种基于GaN工艺的HEMT晶体管电荷模型参数萃取方法，包括：
[0025]S501，获取晶体管的电容
‑
电压特性的测试曲线；
[0026]S502，确定晶体管电荷模型中的核心参数的标定值以及辅助参数的经验初值；所述核心参数为影响电容
‑
电压特性的变化趋势的模型参数，所述核心参数的标定值根据工艺/外延设定、基于经验计算公式而确定或通过对所述晶体管进行测试而确定；所述辅助参数为影响电容
‑
电压特性的变化精度的模型参数；将辅助参数的经验初值设置为辅助参数的调节值；
[0027]S503，将所述核心参数的标定值以及所述辅助参数的调节值代入所述晶体管模型；
[0028]S504，对所述晶体管模型的电荷值进行微分，获得对应的电容模型；
[0029]S505，获取所述电容模型的电容
‑
电压特性的仿真曲线；
[0030]S506，判断所述仿真曲线与所述测试曲线的拟合误差是否达到预设阈值；若是，执行S507；若否，执行S508；
[0031]S507，将所述辅助参数的调节值确定为所述辅助参数的标定值；
[0032]S508，对辅助参数的调节值进行修改后，返回S503。
[0033]优选的，所述核心参数包括电压核心参数和电荷核心参数；所述电压核心参数包括栅极沟道电压、漏源电势差和阈值电压；所述电荷核心参数包括栅极电荷；所述辅助参数包括第一电荷系数和第二电荷系数。
[0034]优选的，所述晶体管的电荷模型，表示如下：
[0035][0036]其中，Q
g
表示电荷模型的电荷值；C
gp
表示栅极电荷；V
gm
表示栅极沟道电压；psids表示漏源电势差；V
tv
表示阈值电压；tanh表示双曲正切函数；λ
A
表示第一电荷系数；λ
B
表示第
二电荷系数；V
k
表示膝点漏源电压；ln表示对数函数。
[0037]优选的，所述栅极沟道电压，表示如下：
[0038][0039]其中，V
gm
表示栅极沟道电压；V
g0
表示外部输入的栅极电压；psid表示漏极电势；psis表示源极电势；
[0040]所述栅极电荷，表示如下：
[0041]C
gq
＝Cg
×
w
g
×
nf
×
l
g
[0042]其中，C
gq
表示栅极电荷；Cg表示栅极电荷密度；w
g
表示单根栅极的宽度；nf表示栅极根数；l
g
表示栅极长度；
[0043]所述漏源电势差，表示如下：
[0044]psids＝psid<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于GaN工艺的HEMT晶体管电荷模型建立方法，其特征在于，包括：基于外部输入的栅极电压、漏极电势和源极电势，获得栅极沟道电压；基于栅极电荷密度、栅极根数、栅极长度和单根栅极的宽度，获得栅极电荷；基于漏极电势和源极电势，获得漏源电势差；基于所述栅极沟道电压、栅极电荷和漏源电势差，建立用于表征晶体管器件开启后电荷值与漏源电压相关性的电荷模型；对所述电荷模型的电荷值进行微分，建立用于表征栅源电容、栅源电压和漏源电压相关性的电容模型。2.根据权利要求1所述的基于GaN工艺的HEMT晶体管电荷模型建立方法，其特征在于，基于外部输入的栅极电压、漏极电势和源极电势，获得栅极沟道电压，具体如下：其中，V
gm
表示栅极沟道电压；V
g0
表示外部输入的栅极电压；psid表示漏极电势；psis表示源极电势。3.根据权利要求1所述的基于GaN工艺的HEMT晶体管电荷模型建立方法，其特征在于，基于栅极电荷密度、栅极根数、栅极长度和单根栅极的宽度，获得栅极电荷，具体如下：C
gq
＝Cg
×
w
g
×
nf
×
l
g
其中，C
gq
表示栅极电荷；Cg表示栅极电荷密度；w
g
表示单根栅极的宽度；nf表示栅极根数；l
g
表示栅极长度。4.根据权利要求1所述的基于GaN工艺的HEMT晶体管电荷模型建立方法，其特征在于，基于漏极电势和源极电势，获得漏源电势差，具体如下：psids＝psid
‑
psis其中，psids表示漏源电势差；psid表示漏极电势；psis表示源极电势。5.根据权利要求1所述的基于GaN工艺的HEMT晶体管电荷模型建立方法，其特征在于，基于所述栅极沟道电压、栅极电荷和漏源电势差，获得用于表征晶体管器件开启后电荷值与漏源电压相关性的电荷模型，具体如下：其中，Q
g
表示电荷模型的电荷值；C
gp
表示栅极电荷；V
gm
表示栅极沟道电压；psids表示漏源电势差；V
tv
表示阈值电压；tanh表示双曲正切函数；λ
A
表示第一电荷系数；λ
B
表示第二电荷系数；V
k
表示膝点漏源电压；ln表示对数函数。6.一种基于GaN工艺的HEMT晶体管电荷模型参数萃取方法，其特征在于，包括：S501，获取晶体管的电容
‑
电压特性的测试曲线；S502，确定晶体管电荷模型中的核心参数的标定值以及辅助参数的经验初值；所述核心参数为影响电容
‑
电压特性的变化趋势的模型参数，所述核心参数的标定值根据工艺/外延设定、基于经验计算公式而确定或通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡文必，张永明，魏鸿基，林义书，
申请(专利权)人：厦门市三安集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：